正文
USNS医院船(T-AH20)船体模型
4、材料喷射与粘结剂喷射
材料喷射是利用喷头直接在打印区域沉积待打印材料;粘结剂喷射是利用喷头将粘结剂喷射到粉末床上,利用紫外线扫描等方式逐层固化成型。目前,美国海军至少有12个项目运用到了喷射增材制造设备。
材料喷射与粘结剂喷射技术的优点包括打印材料种类多;设备便宜;能够多喷头同时作业,打印速度快。
材料喷射与粘结剂喷射技术的缺点在于打印精度和分辨率不高;喷嘴需要清洗;粘结剂喷射的粉末床需要保持水平。
下图为海军水下战中心(NUWC)基波特分部使用粘结剂喷射技术制备MK30自航式声诱饵尾部的铸型,大幅降低了研制周期及成本。
MK30自航式声诱饵尾部铸型
二、增材制造技术上舰面临的问题
美国海军非常重视增材制造技术,目前美国海军已经能够在舰上制造出零部件,但只是非关键部位的零部件,且不具备知识产权,产量不大。其他需要认证和质量要求严格的零部件,不得不由陆上企业生产,再运输至舰船上。为了发挥增材制造技术在海军舰船应用的最大潜力,必须要在舰载3D打印技术方面获得更大进步,然而增材制造技术在海军舰船上推广应用仍然要解决一些障碍。
1、资格认证
海军舰船、飞机、潜水艇和其他系统装备中不会采用没有资质认证的零部件。增材制造零部件的质量认证是其应用到海军领域的最大障碍,其中最大的难点是给增材制造零部件设定怎样的质量要求等级。美国国防部规定的海军舰载非关键零部件就有数百万个,而这些都需要经过认证才能投入使用。例如,3D打印出的电话系统支架,在美军舰惠特比岛船坞登陆舰上通过测试后,仍然需要1-2年时间取得安装的资质认证才能真正在舰上投入使用。如果增材制造设备打印的零部件无法取得舰载使用资格,增材制造技术就无法实现真正的应用。
2、法律因素
增材制造技术在美国海军的应用推广主要面临两个方面的法律问题。
第一是知识产权。设计和制造新的零部件不会侵犯知识产权,但是制造已有知识产权保护的零部件将面临这一问题。此外如果一个零件被部分制造出来了,是否算侵权?如果不算,那把零部件的各个部件暂时制造出来,最后组装成受专利保护的零部件,是否算侵权?如果海军部门不能够提出一个可操作性的方案并和零部件供应商达成一致,将面临上述问题。未来零部件制造的授权可以通过零件和系统的合同来获得,如可以规定零件的CAD图纸只能使用有限的次数等等。
第二个法律问题是问责。如果海军(或者与海军合作的第三方增材制造商)按照零件原始生产商提供的零件设计图打印出的零件失效了,在目前的情况下是无法明确责任方的。这个问题可以通过上文提到的资质认证体系来解决,如果海军或经海军授权的第三方增材制造商有具有相关操作资质的人员,按照原始生产商提供的设计图文件,按要求在经过认证的增材制造设备上制造出的零件存在质量问题,那么原始生产商需要承担责任。
3、人员培训
为了推动增材制造技术应用,美国海军需要建立成熟的增材制造设备操作人员培训系统。美国海军已经在两栖攻击舰的机械车间内建立了上述培训系统,让士兵们在船上实际操作增材制造相关设备,并对他们的技能进行打分。美国海军的“舰队打印计划”已经成立了增材制造培训中心,旨在教导海军士兵使用电脑辅助建模软件(CAD软件)、三维扫描器和增材制造系统。
另一方面,还需要对海军军官进行培训,让军官认识到增材制造打印零部件的可靠性,了解到哪些零部件能够用增材制造技术制造,以及增材制造在零部件供应和现场维修方面的应用前景。
2014年2月,美海军首次将Stratasys公司型号为“Uprint Plus 3D Printer”的3D打印机安装到“埃塞克斯”号两栖攻击舰上,测试3D打印机在颠簸的海上航行以及舰艇的引擎震动中的使用稳定性。